Elastomer Plastics

弹性体 泛指在除去外力后能恢复原状的材料,然而具 有弹性的材料并不一定是弹性体。弹性体 只是在弱应力下形变显著,应力松 弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸的高分子材料。热塑性 弹性体是弹性体一类重要组成,两种概 念不可混为一谈。

中文名弹性体外文名elastomer


目录

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弹性体与橡胶

与橡胶相比,弹性体 更侧重的含义是一种物理和材料学的概念,它的范畴更为广泛。弹性体中除橡胶外,还包括 众多弹性变形迥异、大分子 链交联方式多样化的高分子材料。由此可见,橡胶是 弹性体中最富有代表性的一类。从这个意义上讲,常见橡胶包括、、、、、和等都属于弹性体。
由于一些历史原因,早期在 国内当谈到弹性体的时候,所指的 通常是热塑性弹性体,而并不 包含橡胶的含义,这也影 响到了一些具体的技术交流。 随着弹 性体合成技术的发展及性能的提高,橡胶和 弹性体的概念日益相通,习惯上 两者已称为同义词,经常互相代用。

分类

根据弹 性体是否可塑化可以分为热固性弹性体、热塑性弹性体二大类 。热固性弹性体,这也就 是传统意义的橡胶(Rubber),热塑性弹性体(Thermoplastic elastomer),缩写为TPE,为上世纪90年代开 始逐渐被越来越多的商业化应用。这个分 类同样也说明了这二类弹性体加工所采用的是二种不同的方式:橡胶用 热固性设备加工,TPE采用热塑性设备加工。

习惯上,人类把热固体弹性体,即传统 橡胶还是称为某某橡胶,如、和等,罕见丁苯弹性体、顺丁弹 性体或硅弹性体的称呼。而对于热塑性弹性体,则习惯 称为某某弹性体,如聚氨酯弹性体、SBS弹性体和POE弹性体等。这也是 造成大多数人混淆弹性体和橡胶概念的原因之一。

热塑性弹性体

热塑性弹性体(thermoplastic elastomer,TPE)的定义为:在常温 下显示橡胶弹性,在高温 下能够塑化成型的高分子材料。因此,这类聚 合物兼有热塑性橡胶和热塑性塑料的某些特点。热塑性 弹性体高分子链的基本结构特点是它同时串联或接枝某些化学组成不同的塑料段(硬段)和橡胶段(软段)。硬段间 的作用力足以凝集成微区(如玻璃 化微区或结晶微区),形成分子间的物理“交联”。软段则 是自有旋转能力较大的高端性链段。
热塑性 弹性体是弹性体一类重要组成。常见的有如下几种:

苯乙烯 类热塑性弹性体

苯乙烯 类嵌段共聚物型热塑性弹性体是最早研究的热塑性弹性体,主要包括SBS、氢化SBS(SEBS)、SIS 和氢化SIS 等,是目前 世界上产量最大、发展最 快的一种热塑性弹性体。从应用角度来看, 苯乙烯 类热塑性弹性体最令人感兴趣的是室温下的性能与硫化橡胶相似,另外其 弹性模量异常高,并且不 随相对分子质量变化。苯乙烯 类热塑性弹性体凭借其强度高、柔软、具有橡胶弹性、永久变形小的特点,在制鞋业、塑料改性、沥青改性、防水涂料、液封材料、电线、电缆、汽车部件、医疗器械部件、家用电器、办公自 动化和胶粘剂等方面具有广泛的应用。SBS 和SIS 的最大问题是不耐热,使用温度一般不超过80℃。同时,其强伸性、耐候性、耐油性、耐磨性 能等也都无法同橡胶相比。其改性后的氢化SBS(SEBS)和氢化SIS,在实际 应用中的性能远高于普通的线型和星型SBS,使用温度可达130℃,尤其是 具有优异的耐臭氧、耐氧化、耐紫外 线和耐天候性能,在非动 态用途方面可与乙丙橡胶媲美。

聚氨酯 类热塑性弹性体

聚氨酯 类热塑性弹性体(TPU)一般是 由平均相对分子质量为600~4000 的长链多元醇(聚醚或聚酯) 和相对分子质量为61~400 的扩链 剂及多异氰酸酯加成聚合的线性高分子材料。TPU 大分子 主链中长链多元醇(聚醚或聚酯)构成软段,主要控制其低温性能、耐溶剂性和耐候性,而扩链 剂及多异氰酸酯构成硬段。由于硬、软段的 配比可以在很大范围内调整, 因此所 得到的热塑性聚氨酯既可以是柔软的弹性体,又可以 是脆性的高模量塑料,也可制成薄膜、纤维,是TPE 中唯一 能够做到的品种。

TPU 具有极好的耐磨性、耐油性和耐寒性,对氧、臭氧和 辐射等都有足够的抵抗能力,同时作 为弹性体具有很高的拉伸强度和断裂伸长率, 还兼具 压缩永久变形小、承载能 力大等优良性能。TPU已在国 民经济的许多领域如制鞋行业、医疗卫生、服装面 料和国防用品等行业得到了广泛的应用, 但其缺 点是耐老化性差、湿表面摩擦系数低、容易打滑。而且TPU 具有强极性,在加工过程中,当剪切作用强烈时,内部易发热,从而发生降解,其熔体 粘度对温度依赖性强, 较小的 温度变化就能引起其粘度的急剧变化,因而加工温度范围窄,再加之成本较高,价格昂贵,进一步限制了TPU 的推广应用。

聚烯烃 类热塑性弹性体

聚烯烃 类热塑性弹性体(TPO)主要包括嵌段共聚物、接枝共聚物和共混物3 种类型,其中采 用茂金属催化剂合成的聚烯烃热塑性弹性体乙烯—辛烯共聚物(POE)和动态硫化法制备的热塑性动态硫化胶是两种主要的聚烯烃 类热塑性弹性体。
1.茂金属 聚烯烃弹性体乙烯—辛烯共 聚物茂金属催化剂与一般传统的Ziegler-Natta 催化剂相比,具有理 想的单一活性中心,因而能 精密控制相对分子质量分布、共聚单 体含量及其在主链上的分布和结晶结构。合成的 聚合物是高立构规整聚合物,相对分 子质量分布很窄,从而能 准确控制聚合物的物理机械性能和加工性能。采用茂 金属催化剂合成的聚烯烃热塑性弹性体乙烯—辛烯共聚物(POE)一方面 有很窄的分子量和短支链分布, 因而具 有优异的物理机械性能(高弹性、高强度、高伸长率)和良好的低温性能,又由于 其分子链是饱和的,所含叔 碳原子相对较少, 因而具 有优异的耐热化和抗紫外线性能。POE 的热稳定性、光学性 能及抗干裂性能优于EVA,耐气候老化性优于SBS,脆化温度低于-76℃,在低温 下仍有较好的韧性和延展性,POE 剪切性好,有利于 高速挤出和模塑,很少或不需增塑剂,使用寿命长。POE 可以用过氧化物、硅烷和辐射方法交联,交联后 材料的物理机械性能、耐化学 试剂及耐臭氧性能与EPDM 接近;耐热老 化及抗紫外线老化性能优于EPDM 和EPM, 因此POE 更适合于户外使用,并且POE 的热压缩永久变形比EPDM 小。POE 作为改性剂,既可以改性橡胶,也可以改性塑料。由于POE 的加工温度较低,因而与非极性橡胶,特别是EPR、EPDM、NR、SBR 及BR 等的混合较为容易。POE 的最大 应用还是在塑料制品上。用POE 改性PP,对其缺 口冲击强度提高很大;将马来酸酐接枝POE 后的弹性体用来改性PA6,可使材 料的吸湿性减小、冲击强度大幅提高。

2.热塑性 动态硫化橡胶采用动态硫化法制得的热塑性弹性体称为热塑性硫化橡胶(TPV)。TPV 是热塑性弹性体(TPE)的一种特殊类型,与具有 弹性的嵌段共聚物不同,而是由弹性体—热塑性 聚合物共混物的协同作用生成,具有比 简单共混物更好的性质。制备热 塑性硫化橡胶的关键技术是动态硫化技术, 这一技 术的进步之一是采用低成本的现有加工方法,通过将 现有的聚合物进行共混来制备新产品。与传统的、资金投 入强度高的生产新材料的工艺相比, 该工艺 还能满足对大型聚合装置的环保要求。TPV 技术的 另一些优于作为热塑性弹性体来源的嵌段共聚物的地方是:上限使用温度高、耐烃类 介质和压缩永久变形小。

聚酰胺 类热塑性弹性体

聚酰胺 类热塑性弹性体(TPEA)是由高 熔点结晶性聚酰胺硬度和非结晶性聚酯或聚醚软缎组成 。根据聚 酰胺热塑性弹性体合成所需的原料, 其合成 方法可以分为二元酸法和异氰酸酯法。采用二元酸法, T PAE 是由端 羧基脂肪族聚酰胺嵌段与端羟基聚醚二元醇通过酯化反应制备的。异氰酸 酯法是以半芳酰胺为硬段, 脂肪族聚酯、聚醚或 聚碳酸酯作为软段。采用异氰酸酯法, 半芳酰 胺硬段是由芳香族二异氰酸酯与二元羧酸反应得到的, 而不是 由传统的二元胺与二元酸进行聚合、环内酰 胺的开环聚合或者二元胺与二元酰氯反应等方法来制备。与之相比, 前者避 免了芳香族二元胺活性较低、芳香族 环内酰胺单体很难得到和反应释放出腐蚀性的氯化氢等问题。


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